[发明专利]一种确定微米毛细管通道中压力与流量关系的方法

摘要

本发明提供了一种确定微米毛细管通道中压力与流量关系的方法，本发明利用动态测试装置实现了对微米尺度的毛细导管内的气液两相流动过程的压力或流速的控制，给出了获取相界面和相界面位移的方法，首次实现了在低毛管数、低邦德数状态下的相界面形状获取。第一次采用了基于图像处理方法的相界面形状计算和速度计算，极大提高了数据处理的效率及测量精度，通过对相界面的速度、接触角和位移的确定，进而可确定微米毛细管通道内压力和测试液体流量之间的关系，从而可使控制系统根据流量直接控制和调整压力变化，简化实验过程和移动座的速度控制算法，提高了实际操作时的灵活性，可满足各种工况的需求。

主权项

1.一种确定微米毛细管通道中压力与流量关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100，将测量选定的微流动芯片安装在动态测量装置移动平台的移动座上并连接注射泵，调节并安装摄像单元，同时使各设备与控制系统连接；先将测试液体注入微流动芯片上的微米毛细管通道中，测量出当前测试液体的压力，由控制系统控制抽取泵的注入压力满足预定的测试压力；步骤200，在抽取泵控制压力的过程中，控制系统同时控制移动平台的电机使移动座水平移动，带动微流动芯片向与微米毛细管通道中测试液体移动方向相反的方向移动，且两者的移动保持动态平衡并使测试液体形成的相界面始终位于摄像单元的视野中心；步骤300，在微米毛细管通道中的测试压力满足要求时，由摄像单元获取相界面的图像并传送至控制系统；控制系统对该图像进行灰度转化和滤波处理，然后利用阈值分割算法将灰度图像转化成二值图像，利用连通区域方法通过像素点的颜色提取出构成管道形边界图像的边界点；步骤400，识别边界点中代表管道形边界图像中表示左右两个相对界面的相界面和末端面及上下两个相对壁面的坐标点，并根据坐标值的大小对各坐标点进行排序和编号，依据构成未端面的坐标点特性，将所有未端面的坐标点删除，同时确定两个壁面与未端面相交的两个末端接触点坐标；步骤500，对剩余坐标序列利用能量函数根据坐标值的变化对各坐标点进行排序，初步确定相界面和两个壁面的坐标点分布趋势，然后设定能量阈值选取变化低于该能量阈值的坐标点并进行划分和编号，通过取编号的平均值即可确定相界面两个端点的粗略坐标，进而初步划分出分别构成相界面和两个壁面的坐标点；步骤600，对构成相界面的坐标点进行三次多项式拟合后得到三次函数，对两个壁面的坐标点进行一次函数拟合得到两条对应的表达式，求解后即可得到相界面两个端点的精确坐标，再将两者之间的所有坐标点由三次函数求出，拟合两个端点之间的所有坐标点，即得到相界面；将精确坐标分别代入三次函数的一次导数中，即得到相界面两端点处的接触角；步骤700，已知图像分辨率的情况下，计算出相界面两个端点到视野一侧的距离，而相界面到该侧的距离为两个端点到该距离的平均值，相界面某一时刻至微米毛细管通道入口的位移在前述基础上利用移动座的位移速度和距离的加和即可得到；而相界面的速度是相界面位移的一阶导数，对位移以中心差分格式进行求导即得到相界面的当前速度；步骤800，将相界面速度、相界面接触角、相界面位移代入计算微米毛细管通道内压力的两相流方程求出当前微米毛细管通道内压力，再根据流量和相界面速度之间的关系，即得到当前压力和流量之间的关系，进而实现通过流量控制压力的目的。